-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung
und ein Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren für ein kombiniertes Einwellen-Kraftwerk.
Insbesondere ist die Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung und
das Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung so
gestaltet, daß es
in der Lage ist, das Pilot(steuer)verhältnis und das Brennstoff-Luft-Verhältnis einer Gasturbine
optimal zu steuern, unabhängig
davon, ob nun eine Kupplung außer
Eingriff oder in Eingriff ist, oder sogar in einer Übergangsperiode,
während der
sich die Kupplung von einem Nicht-Eingriffszustand zu einem Eingriffszustand
verschiebt, oder umgekehrt von einem Eingriffszustand zu einem Nicht-Eingriffszustand,
mit dem Ergebnis, daß die Vorrichtung
und das Verfahren das kombinierte Einwellen-Kraftwerk betreiben
können,
während
der Verbrennungszustand der Gasturbine stabil gehalten wird.
-
Ein
kombiniertes Einwellen-Kraftwerk mit einer durch eine einzige Welle
miteinander verbundenen Gasturbine und Dampfturbine ist ein Kraftwerk mit
hohem Wirkungsgrad, mit minimaler Emission schädlicher Stoffe (NOx,
etc.) und mit flexibler Bewältigung
von täglichen
Schwankungen beim Verbrauch elektrischer Energie. In letzter Zeit
ist die Forderung nach einer weiteren Senkung der Baukosten für diese
kombinierte Einwellen-Kraftwerk gestiegen. Das herkömmliche
kombinierte Einwellen-Kraftwerk war mit den folgenden, die Kosten
erhöhenden
Faktoren verbunden:
- (i) da die Gasturbine und
die Dampfturbine gleichzeitig gestartet werden, besteht die Notwendigkeit eine
Thyristors (Starters), der ein sehrhohes Start-Drehmoment erzeugen
kann.
- (ii) da sich die Dampfturbine beim Start auch zusammen mit der
Gasturbine dreht, muss Kühldampf
der Dampfturbine zugeführt
werden, so daß die
Schaufeln der Dampfturbine sich wegen eines Strömungsmangels (windage loss)
nicht thermisch dehnen. Bevor eine Energiegeneratorausgangsleistung
durch die Gasturbine zunimmt, kann ein Abgaskessel, der Dampf aus
einem Abgas von der Gasturbine erzeugt, keinen Dampf bilden, mit
dem die Dampfturbine beschickt werden kann. Bis der Abgaskessel
Dampf bildet, mit dem die Dampfturbine beschickt werden kann, besteht
somit die Notwendigkeit eines Hilfskessels mit sehr hoher Kapazität, die ausreicht,
um die Dampfturbine in angemessener Weise mit Kühldampf zu versorgen.
- (iii) Bei dem kombinierten Einwellen-Kraftwerk müssen die
Gasturbine, die Dampfturbine und ein Energiegenerator in einer Reihe
angeordnet sein bzw. werden. Somit muss ein Kondensator unter der
Dampfturbine installiert werden, während die Gasturbine, die Dampfturbine
und der Energiegenerator an einer hochgelegenen Position installiert
werden müssen
(auf einer Höhe,
die so hoch ist wie z. B. der dritte Stock eines Gebäudes).
-
Um
die Baukosten zu reduzieren, ist nun ein Vorschlag für ein mit
einer Kupplung ausgerüstetes kombiniertes
Einwellen-Kraftwerk gemacht worden, wie es in
3 gezeigt
ist (sh. beispielsweise die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-38907 ).
In
3 sind eine Gasturbine
1 und eine Dampfturbine
2 durch
eine einzelne Welle
3 miteinander verbunden, und ein Energiegenerator
4 ist ebenfalls
mit der Welle
3 verbunden. Eine Kupplung
5 ist
zwischen die Gasturbine
1/den Energiegenerator
4 und
die Dampfturbine
2 eingefügt. Die Kupplung
5 ermöglicht es,
die Gasturbine
1 und die Dampfturbine
2 miteinander
zu verbinden und voneinander zu trennen.
-
Bei
diesem kombinierten Einwellen-Kraftwerk mit der Kupplung 5 auf
der Welle 3 werden nur die Gasturbine 1 und der
Energiegenerator 4 gestartet, wobei die Gasturbine 1 und
die Dampfturbine 2 durch die Kupplung 5 voneinander
getrennt sind. Wenn die Gasturbine 1 eine Soll-Drehgeschwindigkeit
erreicht, wird der Energiegenerator 4 mit einem Energiesystem
verbunden. Nach dem Verbinden des Energiegenerators 4 mit
dem Energiesystem wird Dampf, der durch einen Abgaskessel 6 unter
Nutzung des Abgases von der Gasturbine 1 erzeugt wird,
der Dampfturbine 2 zu einer Zeit zugeführt, wenn der Dampf zur Dampfturbine 2 zuführbar wird, wodurch
die Dampfturbine 2 gestartet wird. Nachdem die Dampfturbine 2 eine
Soll-Drehgeschwindigkeit erreicht
hat, wird die Kupplung 5 eingerückt, um das Drehmoment der
Dampfturbine 2 dem Energiegenerator 4 zuzuführen.
-
Das
mit der Kupplung 5 ausgerüstete kombinierte Einwellen-Kraftwerk
wird auf die in 4 dargestellte Art und Weise
gestartet und gestoppt. In 4 stellen
durchgezogene Linien eine Ziellast und eine tatsächliche Last dar, gestrichelte
Linien stellen Gasturbinenausgangsleistung dar, und strichpunktierte
Linien stellen Dampfturbinenausgangsleistungen dar.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, ist während einer Periode von t1 bis t2 innerhalb
einer Startperiode die tatsächliche
Last nur die Gasturbinenausgangsleistung. Die Ziellast und die tatsächliche
Last werden gemäß einer Änderungsrate
erhöht.
-
Zur
Zeit t2 innerhalb der Startperiode wird
die Kupplung 5 eingerückt.
In einer Periode von t2 bis t3 steigt
die tatsächliche
Last gemäß einer
Erhöhung der
Dampfturbinenausgangsleistung.
-
Nach
einer Zeit t3 innerhalb der Startperiode ist
die tatsächliche
Last die Summe der Gasturbinenausgangsleistung und der Dampfturbinenausgangsleistung.
Die Ziellast und die tatsächliche
Last werden gemäß der Änderungsrate
erhöht.
-
Bis
zu einer Zeit t10, innerhalb einer Stopperiode
ist die tatsächliche
Last die Summe der Gasturbinenausgangsleistung und der Dampfturbinenausgangsleistung.
Die Ziellast und die tatsächliche
Last werden gemäß der Änderungsrate
verringert.
-
Zur
Zeit t10 innerhalb der Stopperiode beginnt sich
ein Dampfströmungssteuerventil
V4 (sh. 3) für die Dampfturbine 2 zu
schließen.
Zur Zeit t11 innerhalb der Stopperiode wird
die Kupplung 5 außer
Eingriff gebracht.
-
Nach
einer Zeit t12 innerhalb der Stopperiode ist
die tatsächliche
Last nur die Gasturbinenausgangsleistung. Die Ziellast und die tatsächliche
Last werden gemäß der Änderungsrate
verringert.
-
Das
mit der Kupplung 5 ausgestattete kombinierte Einwellen-Kraftwerk
gemäß 3 hat
die folgenden Vorteile:
- (I) Nur die Gasturbine 1 und
der Energiegenerator 4 werden zunächst gestartet, so daß die Kapazität eines
Thyristors, der zum Starten nötig
ist, vermindert werden kann (die Kapazität kann im Betrag entsprechend
dem Gewicht der Dampfturbine 2 verringert werden).
- (II) Während
einer Periode, während
der nur die Gasturbine 1 und der Energiegenerator 4 betrieben
werden, dreht sich die Dampfturbine 2 mit einer niedrigen
Geschwindigkeit und erfordert keinen Kühldampf. Damit kann die Kapazität des Hilfskessels
verringert werden.
- (III) Die Wärmeausdehnung
der Dampfturbine 2 kann durch die Kupplung 5 aufgenommen
werden. Damit sind bzw. werden die Gasturbine 1, der Energiegenerator 4 und
die Dampfturbine 2 in dieser Reihenfolge angeordnet, nämlich so,
daß die
Dampfturbine 2 am Ende angeordnet ist, wodurch ein Axialströmungs-Abgaskondensator
verwendet werden kann. Dadurch kann die Welle 3 an einer
niedrigeren Position als vorher installiert werden.
-
Wie
in 3 gezeigt ist, ist die Gasturbine 1 aus
einem Kompressor C, einem Brenner B und einer Turbine T als Hauptelemente
aufgebaut. Ein IGV bzw. Einlaß-Führungsflügel (IGV
= inlet guide vane) 7 ist am Eingang des Kompressors C
angeordnet, und die Öffnung
des IGV 7 wird durch einen IGV-Öffnungscontroller 8 gesteuert
bzw. geregelt.
-
Eine
Hauptbrennstoffdüse
des Brenners B wird mit Brennstoff mit einer Strömungsrate versorgt, die durch
das Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventil
V1 gesteuert wird, und eine Pilot-Brennstoffdüse des Brenners
B wird mit Brennstoff mit einer Strömungsrate versorgt, die durch
ein Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventil
V2 gesteuert wird. Ein Pilot(steuer)verhältnis ist
durch ”Pilotbrennstoffströmungsrate/Hauptbrennstoffströmungsrate” definiert.
-
Eine
Bypass- bzw. Umgehungsleitung 9 ist parallel zum Brenner
B verbunden, und das Verhältnis
zwischen der Menge an komprimierter Luft, die in den Brenner B strömt, und
der Menge an komprimierter Luft, die in die Bypassleitung 9 strömt, variiert
mit der Öffnung
eines Brenner-Bypassventils V3. Das heißt, wenn
die Öffnung
des Brenner-Bypassventils V3 verringert
wird, nimmt die Menge an in den Brenner B strömender Luft zu und die Menge
an in die Bypassleitung 9 strömender Luft ab. Wenn die Öffnung des
Brenner-Bypassventils
V3 vergrößert wird,
nimmt die Menge an in den Brenner B strömender Luft ab und die Menge
an in die Bypassleitung 9 strömender Luft zu.
-
Die
vom Abgaskessel 6 der Dampfturbine 2 zugeführte Dampfmenge
wird durch ein Dampfströmungssteuerventil
V4 gesteuert.
-
Bei
dem mit der Kupplung ausgerüsteten kombinierten
Einwellen-Kraftwerk treten jedoch Probleme auf, die nachstehend
erläutert
werden, wenn die Kupplung 5 eingerückt ist bzw. wird und wenn
die Kupplung 5 ausgerückt
ist bzw. wird. Diese Probleme werden der Reihe nach erläutert.
-
In
der Gasturbine 1 müssen
ein optimales Pilot(steuer)verhältnis
und ein optimales Brennstoff-Luft-Verhältnis
(Steuerbefehle für
die Öffnung des
IGV und des Brenner-Bypassventils) in Abhängigkeit von dem Verbrennungszustand
im Brenner B berechnet werden.
-
Durch
eine Verbrennung erhaltene thermische Energie wird durch die Turbine
T in kinetische Energie umgewandelt, die ihrerseits durch den Energiegenerator 4 in
elektrische Energie umgewandelt wird. Damit liegt eine Energiegeneratorausgangsleistung
W1, das Endergebnis der durch Verbrennung
erhaltenen Energie, nahe am Verbrennungszustand und spricht mit
minimaler Verzögerung
auf eine Änderung
des Verbrennungszustands an. Herkömmlicherweise wurde daher die
Energiegeneratorausgangsleistung W1 dazu
benutzt, das Pilot(steuer)verhältnis
zu berechnen und Steuerbefehle für
die Öffnung
des IGV 7 und des Brenner-Bypassventils V3 zu berechnen
(Details der Berechnungsverfahren werden später beschrieben). Funktionen
zum Berechnen des optimalen Pilot(steuer)verhältnisses, des optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls
und des optimalen IGV-Öffnungsbefehls
aus der Energiegeneratorausgangsleistung werden vor Ort durch einen erfahrenen
Techniker, der den Verbrennungszustand beobachtet, eingestellt bzw.
angepaßt.
-
Wenn
in der Gasturbine 1 die Ausgangsleistung zu erhöhen ist,
wird vor der Verbrennung die Brennstoffzufuhr erhöht, und
wenn die Ausgangsleistung zu verringern ist, wird die Brennstoffzufuhr
vor der Verbrennung reduziert. CSO, ein Befehl für die Strömungsrate von Brennstoff für diesen
Zweck dient als Basis, auf der das Pilot(steuer)verhältnis berechnet
wird. Da CSO auf der Basis der Ziel-Energiegeneratorausgangsleistung und
der tatsächlichen
Energiegeneratorausgangsleistung berechnet wird, kann gesagt werden,
daß CSO
auf der Basis einer Energiegeneratorausgangsleistung berechnet wird.
-
Bei
dem kombinierten Einwellen-Kraftwerk (ein Kraftwerk mit einer Gasturbine
und einer Dampfturbine 2, die durch eine einzelne bzw.
einzige Welle 3 miteinander verbunden sind) ist die Energiegeneratorausgangsleistung
die Summe der Gasturbinenausgangsleistung und der Dampfturbinenausgangsleistung,
und es ist unmöglich,
die Gasturbinenausgangsleistung allein zu messen. Damit wird die Dampfturbinenausgangsleistung
auf der Basis des Drucks des in die Dampfturbine 2 strömenden Dampfs
berechnet, und die Ausgangsleistung, die der Dampfturbine entspricht,
wird von der Ausgangsleistung des gesamten Energiegenerators abgezogen,
um eine der Gasturbine entsprechende Ausgangsleistung zu berechnen.
Das Brennstoff-Luftverhältnis
wird aus den Ergebnissen der Berechnung berechnet.
-
Das
herkömmliche
Verfahren zur Berechnung für
die Bestimmung des optimalen Pilot(steuer)verhältnisses und des optimalen
Brennstoff-Luftverhältnisses
in dem kombinierten Einwellen-Kraftwerk und Steuervorgänge, die
das berechnete Pilot(steuer)verhältnis
und Brennstoff-Luftverhältnis verwenden,
werden mit Bezug auf 3 beschrieben.
- (1) Ermittle den Dampfdruck PS von in die Dampfturbine strömendem Dampf.
- (2) Ermittle eine Dampfturbinenausgangsleistung WS aus dem Dampfdruck
PS unter Verwendung einer Umwandlungsfunktion
Fx1 zum Umwandeln des Dampfdrucks in eine Dampfturbinenausgangsleistung
(MW).
- (3) Subtrahiere die Dampfturbinenausgangsleistung WS von
einer Energiegeneratorausgangsleistung W1,
um eine Gasturbinenausgangsleistung WG zu
erhalten, unter Verwendung einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung 10.
- (4) Ermittle einen IGV-Öffnungsbefehl α, der auf die
Gasturbinenausgangsleistung WG anspricht, unter
Verwendung einer Funktion Fx2 zum Erhalten eines optimalen IGV-Öffnungsbefehls aus der Gasturbinenausgangsleistung.
Basierend auf diesem IGV-Öffnungsbefehl α führt der
IGV-Öffnungscontroller 8 eine Öffnungssteuerung
der IGV 7 aus.
- (5) Ermittle einen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β, der für die Gasturbinenausgangsleistung
WG geeignet ist, unter Verwendung einer Funktion
Fx3 zum Erhalten eines optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls
aus der Gasturbinenausgangsleistung. Basierend auf diesem Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β wird eine Öffnungssteuerung
des Brenner-Bypassventils V3 ausgeführt.
- (6) Subtrahiere unter Verwendung einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung 11 die
Energiegeneratorausgangsleistung W1 von
einer Ziel-Energiegeneratorausgangsleistung
W0, um eine Energiegenerator-Leistungsabweichung
W0–W1 zu erhalten. Unterziehe diese Energiegenerator-Ausgangsleistungsabweichung
W0–W1 einer PI-Berechnung (PI = proportional·integral)
durch eine PI-Berechnungseinrichtung 12, und begrenze ferner den
oberen Grenzwert des Ergebnisses durch eine Begrenzungseinrichtung 13,
um einen Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO zu erhalten. Da der obere Grenzwert durch die Begrenzungseinrichtung 13 begrenzt
wird, kann die Gasturbine 1 vor einer übermäßigen Verbrennung geschützt werden.
- (7) Ermittle ein Pilot(steuer)verhältnis ε, das dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO angemessen ist, unter Verwendung einer Funktion Fx4 zum Erhalt
eines Pilot(steuer)verhältnisses,
das auf einem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
basiert.
- (8) Multipliziere den Brennstoff-Strömungsratenbefehl CSO mit dem
Pilot(steuer)verhältnis ε unter Verwendung
einer Multipliziereinrichtung 14, um einen Pilot-Brennstoffströmungssteuerventil-Öffnungsbefehl γ zu ermitteln.
Basierend auf diesem Pilot-Brennstoffströmungssteuerventil-Öffnungsbefehl γ wird eine Öffnungssteuerung
des Brennstoffströmungs-Steuerventils
V2 ausgeführt.
- (9) Subtrahiere den Pilot-Brennstoffströmungssteuerventil-Öffnungsbefehl γ unter Verwendung einer
Abweichungs-Berechnungseinrichtung 15 von dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO, um einen Haupt-Brennstoffströmungssteuerventil-Öffnungsbefehl δ zu ermitteln.
Basierend auf diesem Haupt-Brennstoffströmungsteuerventil-Öffnungsbefehl δ wird eine Öffnungssteuerung des
Haupt-Brennstoffströmungssteuerventils
V1 ausgeführt.
-
Gemäß dem oben
beschriebenen Berechnungsverfahren (1) bis (9) wird die Dampfturbinenausgangsleistung
WS auf der Basis des Dampfdrucks PS von in die Dampfturbine 2 strömendem Dampf
berechnet. Die ermittelte Dampfturbinenausgangsleistung WS kann niedriger oder höher sein als die tatsächliche
Dampfturbinenausgangsleistung, da die Kupplung 5 eingerückt oder
ausgerückt
ist. Infolgedessen kann es zu einer Diskrepanz zwischen der Gasturbinenausgangsleistung
WG, die durch eine auf der Dampfturbinenausgangsleistung
WS basierende Berechnung erhalten wurde,
und der tatsächlichen Gasturbinenausgangsleistung
kommen.
-
Selbst
bei dem herkömmlichen
kombinierten Einwellen-Kraftwerk,
das keine Kupplung verwendet, zeigte das Berechnungsergebnis der
Dampfturbinenausgangsleistung (MW-Basis) manchmal eine Diskrepanz im Vergleich
mit der tatsächlichen
Ausgangsleistung (MW-Basis) der Dampfturbine. Ein erfahrener Techniker
stellt jedoch die Fx-Funktionen vor Ort so ein, daß ein optimaler
IGV-Öffnungsbefehl, ein
optimaler Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl und
ein optimales Pilot(steuer)verhältnis
erhalten werden kann, vorausgesetzt, das Rechenergebnis mit der
Diskrepanz ist korrekt. Folglich stellt sich selbst dann, wenn eine
Diskrepanz in der Berechnung der Dampfturbinenausgangsleistung besteht, kein
Problem, da letztendlich immer ein optimaler IGV-Öffnungsbefehl,
ein optimaler Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl und ein optimales
Pilot(steuer)verhältnis
erhalten werden.
-
Bei
dem mit der Kupplung 5 gemäß 3 ausgestatteten
kombinierten Einwellen-Kraftwerk gibt es zwei Fälle, wie in 4 dargestellt
ist: erstens wird bzw. ist die Kupplung 5 ausgerückt, um
die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 zu trennen
und nur die Gasturbine 1 zu betreiben. Zweitens wird die Kupplung 5 eingerückt, um
die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 zu verbinden
und die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 gemeinsam
zu betreiben. Somit stellt eine Diskrepanz in der Berechnung einer Gasturbinenausgangsleistung
infolge einer Diskrepanz in der Berechnung einer Dampfturbinenausgangsleistung
ein schwerwiegendes Problem für
die Berechnung des Pilot(steuer)verhältnisses und des Brennstoff-Luft-Verhältnisses
dar.
-
Angenommen,
die Gasturbine 1 dreht sich beispielsweise allein und die
Gasturbinenausgangsleistung beträgt
70 MW. Es sei auch ein weiterer Fall angenommen, bei dem sich die
Gasturbine 1 bei eingerückter
Kupplung 5 dreht, und die Wellenausgangsleistung mit 100
MW berechnet wird, während die Dampfturbinenausgangsleistung
mit 30 MW berechnet wird, so daß die
Gasturbinenausgangsleistung mit 70 MW berechnet wird. In ersterem
und letzterem Fall ist das Antriebsdrehmoment der Gasturbine 1 nicht
notwendigerweise das gleiche und das optimale Pilot(steuer)verhältnis und
das optimale Brennstoff-Luft-Verhältnis verändern sich.
-
In
dieser Situation werden gemäß dem herkömmlichen
Steuer- bzw. Regelverfahren für
das kombinierte Einwellen-Kraftwerk
(das vorgenannte Steuerverfahren (1) bis (9)) das Pilot(steuer)verhältnis und
das Brennstoffkraftverhältnis
auf ähnliche Weisen
berechnet, ob nun die Kupplung 5 eingerückt oder ausgerückt ist.
Infolgedessen ist es nicht mehr möglich, Funktionen zu finden,
die sowohl für
einen Zustand geeignet sind, bei dem sich die Gasturbine allein
dreht, als auch für
einen Zustand, bei dem sich die Gasturbine bei eingerückter Kupplung
dreht.
-
Aus
der
US 6035629 A ist
eine Betriebssteuer-Vorrichtung bzw. ein Betriebssteuerverfahren
für eine
Gasturbine bekannt, die beispielsweise in einem Luftfahrzeug eingesetzt
wird. Entsprechend diesem bekannten Verfahren wird ein Überlastungszustand der
Gasturbine erfaßt
und eine hydraulische steuerbare Kupplung, mit der der Rotor der
Gasturbine mit einer Last verbunden wird, so gesteuert, daß die Beschleunigung
der Last auf einen niedrigeren Schwellenwert eingestellt wird, wenn
der Überlastungszustand
der Gasturbine festgestellt wird.
-
Aus
der
US-5042246 A ist
ein Steuersystem für
ein Einwellen-Kombikraftwerk bekannt, bei dem zur Verbesserung der
Anfahr- und Belastungsphase des Kombikraftwerks die Dampfzufuhr
von einer Hilfsdampfquelle sowie die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine
gesteuert wird. Die Gasturbine und die Dampfturbine sind in dem
diesem Steuersystem zugrundeliegenden Kombikraftwerk starr miteinander gekoppelt.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung
und ein Betriebssteuer- bzw.
-regelverfahren für ein kombiniertes
Einwellen-Kraftwerk bereitzustellen, die bzw. das so gestaltet ist, daß das Pilot(steuer)verhältnis und
das Brennstoff-Luft-Verhältnis
einer Gasturbine korrekt berechnet werden können, ob nun eine Kupplung
eingerückt oder
ausgerückt
ist, und daß selbst
in einer Übergangsperiode,
während
der sich die Kupplung von einem ausgerückten Zustand zu einem eingerückten Zustand
verschiebt oder umgekehrt, die Verschiebung so ausgeführt werden
kann, dass der Verbrennungszustand der Gasturbine stabil gehalten
wird.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe bringt die Erfindung eine Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung
gemäß dem Patentanspruch
1 und ein Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren gemäß dem Patentanspruch
2 in Vorschlag.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird demnach eine Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung zur
Anwendung auf ein kombiniertes Einwellen-Kraftwerk bereitgestellt,
wobei das kombinierte Einwellen-Kraftwerk eine Gasturbine, einen
Energiegenerator und eine Dampfturbine, die durch eine einzelne bzw.
einzige Welle miteinander verbunden sind, und eine an der Welle
vorgesehene Kupplung zum Verbinden der Gasturbine und des Energiegenerators mit
der Dampfturbine und zum Trennen der Gasturbine und des Energiegenerators
von der Dampfturbine umfaßt,
wobei die Dampfturbine aus einem Abgaskessel zum Erzeugen von Dampf
unter Verwendung eines Abgases aus der Gasturbine mit Dampf versorgt
wird,
wobei die Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung
einen
Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
zum Steuern einer Öffnung
eines Einlassführungsflügels, der
in einem Kompressor der Gasturbine vorgesehen ist, zu ermitteln
und die Öffnung
des Einlassführungsflügels zu
steuern vermag;
einen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl zum Steuern einer Öffnung eines
Brenner-Bypassventils, der in einem Brenner der Gasturbine vorgesehen
ist, zu ermitteln vermag und die Öffnung des Brenner-Bypassventils
zu steuern vermag,
ein Pilot(steuer)verhältnis, ein Verhältnis zwischen einem
dem Brenner zugeführten
Hauptbrennstoff und Pilotbrennstoff zu ermitteln und die Öffnungen
eines Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventils
und eines Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventils
gemäß dem Pilot(steuer)verhältnis zu
steuern vermag,
wobei die Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung
umfaßt:
eine
Berechnungseinrichtung zum Umwandeln eines Dampfdrucks von in die
Dampfturbine strömendem Dampf
in eine Dampfturbinenausgangsleistung, zum Subtrahieren der Dampfturbinenausgangsleistung von
einer Energiegeneratorausgangsleistung des Energiegenerators, um
eine Gasturbinenausgangsleistung zu ermitteln, und zum Ermitteln
eines Brennstoff-Strömungsratenbefehls
eines Werts, der einer Abweichung der Energiegeneratorausgangsleistung von
einer Ziel-Energiegeneratorausgangsleistung entspricht,
einen
Zustandssignalerzeuger zum Ausgeben eines Eingriffszustandsignals,
wenn die Kupplung eingerückt
ist, zum Ausgeben eines Nicht-Eingriffszustandssignals, wenn die
Kupplung ausgerückt
ist, zum allmählichen
Erhöhen
eines Werts des Eingriffszustandsignals und auch zum allmählichen
Senken eines Werts des Nicht-Eingriffszustandssignals auf Null in
einer vorbestimmten Übergangsperiode,
die zur Zeit eines Eingriffs startet, wenn die ausgerückte Kupplung
eingerückt
wird, und zum allmählichen
Absenken des Werts des Eingriffszustandsignals auf Null und auch
zum allmählichen
Erhöhen
des Nicht-Eingriffszustandssignals in einer vorbestimmten Übergangsperiode,
die zur Zeit eines Ausrückens startet,
wenn die in Eingriff befindliche Kupplung ausgerückt wird,
eine Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungseinrichtung,
die eine erste Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
welche einen optimalen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl aus
der Gasturbinenausgangsleistung in einem eingerückten Zustand der Kupplung
ermitteln kann, und eine zweite Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
die einen optimalen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
aus der Gasturbinenausgangsleistung in einem ausgerückten Zustand
der Kupplung berechnen kann, aufweist, und welche die Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehle, die
durch die ersten und zweiten Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktionen
ermittelt wurden, mit Raten kombiniert, die den Werten des Eingriffszustandssignals
und des Nicht-Eingriffszustandssignals
entsprechen, um einen endgültigen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
zu berechnen,
eine Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungseinrichtung,
die eine erste Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion
aufweist, welche einen optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl
aus der Gasturbinenausgangsleistung im eingerückten Zustand der Kupplung
ermitteln kann, und eine zweite Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion
aufweist, die einen optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl aus
der Gasturbinenausgangleistung im ausgerückten Zustand der Kupplung
ermitteln kann, und welche die Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehle, die durch die
ersten und zweiten Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktionen
ermittelt wurden, mit Raten kombiniert, die den Werten des Eingriffszustandssignals
und des Nicht-Eingriffszustandssignals
entsprechen, um einen endgültigen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl
zu berechnen, und
eine Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungseinrichtung, die
eine erste Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktion,
welche ein optimales Pilot(steuer)verhältnis aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
im eingerückten
Zustand der Kupplung ermitteln kann, und eine zweite Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktion,
die ein optimales Pilot(steuer)verhältnis aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
im ausgerückten
Zustand der Kupplung ermitteln kann, aufweist, und die die Pilot(steuer)verhältnisse,
welche durch die ersten und zweiten Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktionen
ermittelt wurden, mit Raten kombiniert, die den Werten des Eingriffszustandssignals
und des Nicht-Eingriffszustandssignals
entsprechen, um ein endgültiges
Pilot(steuer)verhältnis
zu berechnen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren zur
Anwendung auf ein kombiniertes Einwellen-Kraftwerk bereitgestellt,
wobei das kombinierte Einwellen-Kraftwerk eine Gasturbine, einen
Energiegenerator und eine Dampfturbine, die durch eine einzelne bzw.
einzige Welle miteinander verbunden sind, und eine an der Welle
vorgesehene Kupplung zum Verbinden der Gasturbine und des Energiegenerators mit
der Dampfturbine und zum Trennen der Gasturbine und des Energiegenerators
von der Dampfturbine umfaßt,
wobei die Dampfturbine aus einem Abgaskessel zum Erzeugen von Dampf
unter Verwendung eines Abgases aus der Gasturbine mit Dampf versorgt
wird,
wobei das Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren einen
Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
zum Steuern einer Öffnung
eines Einlassführungsflügels, der in
einem Kompressor der Gasturbine vorgesehen ist, zu ermitteln und
die Öffnung
des Einlassführungsflügels zu
steuern vermag, einen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl
zum Steuern einer Öffnung
eines Brenner-Bypassventils, das in einem Brenner der Gasturbine
vorgesehen ist, zu ermitteln und die Öffnung des Brenner-Bypassventils zu
steuern vermag, und ein Pilot(steuer)verhältnis, ein Verhältnis zwischen
einem dem Brenner zugeführten
Hauptbrennstoff und Pilotbrennstoff zu ermitteln und die Öffnungen
eines Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventils und
eines Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventils gemäß dem Pilot(steuer)verhältnis zu
ermitteln vermag,
wobei das Betriebssteuer- bzw. -regelverfahren
umfaßt:
Umwandeln
eines Dampfdrucks von in die Dampfturbine strömendem Dampf in eine Dampfturbinenausgangsleistung,
zum Subtrahieren der Dampfturbinenausgangsleistung von einer Energiegeneratorausgangsleistung
des Energiegenerators, um eine Gasturbinenausgangsleistung zu ermitteln,
und Ermitteln eines Brennstoff-Strömungsratenbefehls eines Werts,
der einer Abweichung der Energiegeneratorausgangsleistung von einer
Ziel-Energiegeneratorausgangsleistung entspricht,
Ausgeben
eines Eingriffszustandsignals, wenn die Kupplung eingerückt ist,
Ausgeben eines Nicht-Eingriffszustandssignals,
wenn die Kupplung ausgerückt ist,
allmähliches
Erhöhen
eines Werts des Eingriffszustandsignals und auch allmähliches
Senken eines Werts des Nicht-Eingriffszustandssignals
auf Null in einer vorbestimmten Übergangsperiode,
die zur Zeit eines Eingriffs startet, wenn die ausgerückte Kupplung
eingerückt
wird, und allmähliches
Absenken des Werts des Eingriffszustandsignals auf Null und auch allmähliches
Erhöhen
des Nicht-Eingriffszustandssignals in einer vorbestimmten Übergangsperiode,
die zur Zeit eines Ausrückens
startet, wenn die in Eingriff befindliche Kupplung ausgerückt wird,
Anwenden
einer ersten Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
welche einen optimalen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
aus der Gasturbinenausgangsleistung in einem eingerückten Zustand
der Kupplung ermitteln kann, und einer zweiten Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
die einen optimalen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
aus der Gasturbinenausgangsleistung in einem ausgerückten Zustand
der Kupplung berechnen kann, aufweist, und Kombinieren der Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehle,
die durch die ersten und zweiten Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktionen ermittelt
wurden, mit Raten, die den Werten des Eingriffszustandssignals und
des Nicht-Eingriffszustandssignals
entsprechen, um einen endgültigen Einlassführungsflügel-Öffnungsbefehl
zu berechnen,
Anwenden einer ersten Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
welche einen optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl aus der Gasturbinenausgangsleistung
im eingerückten Zustand
der Kupplung ermitteln kann, und einer zweiten Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktion,
die einen optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl aus der Gasturbinenausgangsleistung
im ausgerückten
Zustand der Kupplung ermitteln kann, und Kombinieren der Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehle,
die durch die ersten und zweiten Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungsfunktionen
(ermittelt wurden, mit Raten, die den Werten des Eingriffszustandssignals
und des Nicht-Eingriffszustandssignals
entsprechen, um einen endgültigen
Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl
zu berechnen, und
Anwenden einer ersten Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktion,
welche ein optimales Pilot(steuer)verhältnis aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
im eingerückten
Zustand der Kupplung ermitteln kann, und einer zweiten Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktion,
die ein optimales Pilot(steuer)verhältnis aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
im ausgerückten
Zustand der Kupplung ermitteln kann, und Kombinieren der Pilot(steuer)verhältnisse, welche
durch ersten und zweiten Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungsfunktionen
ermittelt wurden, mit Raten, die den Werten des Eingriffszustandssignals
und des Nicht- Eingriffszustandssignals
entsprechen, um ein endgültiges
Pilot(steuer)verhältnis
zu berechnen.
-
Wegen
der obigen Merkmale kann das Pilot(steuer)verhältnis und das Brennstoff-Luft-Verhältnis der
Gasturbine korrekt berechnet werden, ob nun die Kupplung ausgerückt oder
eingerückt
ist. Selbst in einer Übergangsperiode,
während
der sich die Kupplung von einem ausgerückten Zustand zu einem eingerückten Zustand
verschiebt, oder umgekehrt von einem eingerückten Zustand zu einem ausgerückten Zustand,
kann die Verschiebung erfolgen, wobei der Verbrennungszustand der
Gasturbine stabil gehalten wird.
-
Die
Erfindung ist aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und
den beigefügten
Zeichnungen, die lediglich der Veranschaulichung dienen und somit
die Erfindung nicht einschränken,
besser verständlich.
Es zeigen:
-
1 ein
Konfigurationsdiagramm zur Darstellung einer Betriebssteuer- bzw.
-regelvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
-
2 ein
Konfigurationsdiagramm zur Darstellung eines Zustandsignalerzeugers,
-
3 ein
Konfigurationsdiagramm zur Darstellung einer Betriebssteuer- bzw.
-regelvorrichtung gemäß einer
früheren
Technologie und
-
4 eine
erläuternde
Zeichnung zur Darstellung der Start- und Stoppzustände eines
kombinierten Einwellen-Kraftwerks.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die die Erfindung in keiner Weise einschränken.
-
1 ist
ein Konfigurationsdiagramm zur Darstellung einer Betriebssteuer-
bzw. -regelvorrichtung für
ein kombiniertes Einweifen-Kraftwerk, auf das die Erfindung angewandt
wurde.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, sind eine Gasturbine 1,
ein Energiegenerator 4 und eine Dampfturbine 2 durch
eine einzige Welle 3 miteinander verbunden. Eine Kupplung 5,
durch die die Gasturbine 1 und der Energiegenerator 4 mit
der Dampfturbine 2 verbunden oder von dieser getrennt werden,
ist auf der Welle 3 vorgesehen. Ein Abgaskessel 6 erzeugt
Dampf unter Verwendung eines Abgases aus der Gasturbine 1 und
liefert diesen Dampf der Dampfturbine 2. Unter Verwendung
dieses Merkmals ist ein mit der Kupplung ausgestattetes kombiniertes
Einwellen-Kraftwerk aufgebaut. Das Pilot(steuer)verhältnis und
das Brennstoff-Luft-Verhältnis
der Gasturbine 1 des kombinierten Einwellen-Kraftwerks,
das mit der Kupplung ausgestattet ist, wird durch eine Betriebssteuer-
bzw. -regelvorrichtung 100 gesteuert.
-
Die
Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung 100 kann einen IGV-Öffnungsbefehl α, einen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β, einen Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl γ, einen Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl δ und ein
Pilot(steuer)verhältnis ε bestimmen,
die den Verbrennungszustand der Gasturbine 1 stabil gestalten,
ob sich die Kupplung 5 nun in einem ausgerückten Zustand
(nämlich
wenn die Gasturbine 1 nur allein drehangetrieben wird)
oder in einem eingerückten
Zustand (nämlich
wenn die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 beide
drehangetrieben werden) befindet.
-
Die Öffnung eines
IGV (Einlassleitflügels/inlet
guide vane) 7, der am Eingang eines Kompressors C der Gasturbine 1 vorgesehen
ist, wird durch einen IGV-Öffnungs-Kontroller 8 auf
der Basis des IGV-Öffnungsbefehls α gesteuert.
-
Die Öffnung eines
Brenner-Bypassventils V3, das an der vorhergehenden
Stufe eines Brenners B der Gasturbine 1 vorgesehen ist,
wird durch den Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β gesteuert. Das
Verhältnis
zwischen der Menge von in den Brenner B strömender Luft und der Menge von
in eine Bypassleitung 9 strömender Luft variiert gemäß der Öffnung des
Brenner-Bypassventils V3.
-
Die Öffnung eines
Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventils
V1, welches die einer Hauptbrennstoffdüse des Brenners
B zugeführte
Brennstoffmenge steuert, wird durch den Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl δ gesteuert. Die Öffnung eines
Pilot-Brennstoffströmungssteuerventils
V2, welches die einer Pilotbrennstoffdüse des Brenners
B zugeführte
Brennstoffmenge steuert, wird durch den Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl γ gesteuert.
Die Werte des Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehls δ und des
Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehls γ werden durch
das Pilot(steuer)verhältnis ε und den
Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO bestimmt.
-
Von
den Berechnungseinrichtungen der Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung 100 sind
die im Vergleich zu Berechnungseinrichtungen des herkömmlichen
Steuer- bzw -Regelverfahrens (das in 3 dargestellte
Steuer- bzw. Regelverfahren) neuen ein Zustandssignalerzeuger 110,
eine IGV-Öffnungsbefehl-Berechnungseinheit 200,
eine Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungseinrichtung 300 und
eine Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungseinrichtung 400.
-
Der
Zustandssignalerzeuger 110 erzeugt ein Eingriffszustandssignal
(„engaged
state signal”)
X und ein Nicht-Eingriffszustandsignal („disengaged state signal”) Y. Die
Werte des Eingriffszustandssignals X und des Nicht-Eingriffszustandssignals
Y hängen
von den Eingriffs- und Nicht-Eingriffszuständen der Kupplung 5 auf
folgende Weise ab.
-
Wenn
die ausgerückte
bzw. nicht-eingreifende Kupplung 5 eingerückt wird,
variiert der Wert des Eingriffszustandssignals X allmählich von
0 nach 1, und der Wert des Nicht-Eingriffszustandssignals Y variiert
allmählich
von 1 nach 0 über
eine vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit), die mit der Zeit des Eingriffs beginnt. Nachdem die vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit) seit der Eingriffszeit verstrichen ist, wird der Wert des
Eingriffszustardssignals X auf 1 gehalten, während der der Nicht-Eingriffszustandssignal
Y auf 0 gehalten wird. Mit anderen Worten, wenn sich der Eingriff
fortsetzt, wird der Wert des Eingriffszustandssignals X nach Verstreichen
der Übergangsperiode
(Zeit) auf 1 gehalten und der Wert des Nicht-Eingriffszustandssignals
Y wird nach Verstreichen der Übergangsperiode
(Zeit) auf 0 gehalten.
-
Wenn
die eingerückte
Kupplung 5 ausgerückt
wird, variiert der Wert des Eingriffszustandssignals X allmählich von
1 nach 0 und der Wert des Nicht-Eingriffszustandssignals Y variiert
allmählich von
0 nach 1 über
eine vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit), beginnend mit der Zeit des Ausrückens. Nachdem die vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit) seit der Ausrückzeit
verstrichen ist, wird der Wert des Eingriffszustandssignals X auf
0 gehalten, während das
Nicht-Eingriffszustandssignal
Y auf 1 gehalten wird. Mit anderen Worten, wenn sich der Nicht-Eingriffszustand
fortsetzt, wird der Wert des Eingriffszustandssignals X nach Verstreichen
der Übergangsperiode
(Zeit) auf 0 gehalten, und der Wert des Nicht-Eingriffszustandssignals
Y wird nach Verstreichen der Übergangsperiode
(Zeit) auf 1 gehalten.
-
Ein
konkretes Beispiel eines Schaltungsaufbaus des Zustandssignalserzeugers 110 wird
später beschrieben.
Die „Übergangsperiode
(Zeit)” wird durch
die Eigenschaften des kombinierten Einwellen-Kraftwerks bestimmt.
-
Die
IGV-Öffnungsbefehl-Berechnungseinrichtung 200 hat
eine Funktion Fx21 zum Ermitteln eines optimalen IGV-Öffnungsbefehls α1 aus
einer Gasturbinenausgangsleistung WG, wenn
sich die Kupplung 5 in einem Eingriffszustand bzw. eingerückten Zustand
befindet (nämlich
wenn die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 beide
drehangetrieben werden), eine Funktion Fx22 zum Ermitteln eines
optimalen IGV-Öffnungsbefehls α2 aus
der Gasturbinenausgangsleistung WG, wenn
sich die Kupplung 5 in einem ausgerückten bzw. Nicht-Eingriffszustand befindet
(nämlich
wenn die Gasturbine 1 allein drehangetrieben wird), eine
Multipliziereinrichtung 201 zum Multiplizieren des IGV-Öffnungsbefehls α1 mit
dem Eingriffszustandssignal X, eine Multipliziereinrichtung 202 zum
Multiplizieren des IGV-Öffnungsbefehls α2 mit
dem Nicht-Eingriffszustandssignal
Y und eine Addiereinrichtung 203 zum Addieren des IGV-Öffnungsbefehls
X·α1 und
des IGV-Öffnungsbefehls
Y·α2,
um den IGV-Öffnungsbefehl α zu ermitteln.
-
Die
Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl-Berechnungseinrichtung 300 hat
eine Funktion Fx31 zum Ermitteln eines optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls β1 aus
der Gasturbinenausgangsleistung WG, wenn
sich die Kupplung 5 in einem eingerückten Zustand befindet (nämlich wenn die
Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 beide drehangetrieben
werden), eine Funktion Fx32 zum Ermitteln eines optimalen Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls β2 aus
der Gasturbinenausgangsleistung WG, wenn
sich die Kupplung 5 in einem ausgerückten bzw. Nicht-Eingriffszustand
befindet (nämlich wenn
die Gasturbine 1 allein drehangetrieben wird), eine Multipliziereinrichtung 301 zum
Multiplizieren des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls β1 mit dem
Eingriffszustands-signal X, eine Multipliziereinrichtung 302 zum
Multiplizieren des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls β2 mit
dem Nicht-Eingriffszustandsignals
Y, und eine Addiereinrichtung 303 zum Addieren des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls X·β1 und
des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls Y·β2,
um den Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β zu ermitteln.
-
Die
Pilot(steuer)verhältnis-Berechnungseinrichtung 400 hat
eine Funktion Fx41 zum Ermitteln eines optimalen Pilot(steuer)verhältnisses ε1 aus
dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO, wenn sich die Kupplung 5 in einem Eingriffszustand
befindet (nämlich
wenn die Gasturbine 1 und die Dampfturbine 2 beide
drehangetrieben werden), eine Funktion Fx42 zum Ermitteln eines
optimalen Pilot(steuer)verhältnisses ε2 aus
dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO, wenn sich die Kupplung 5 in einem Nicht-Eingriffszustand
befindet (nämlich
wenn die Gasturbine 1 allein drehangetrieben wird), eine
Multipliziereinrichtung 401 zum Multiplizieren des Pilot(steuer)verhältnisses ε1 mit
dem Eingriffszustandssignal X, einer Multipliziereinrichtung 402 zum
Multiplizieren des Pilot(steuer)verhältnisses ε2 mit dem Nicht-Eingriffszustandssignal
Y und eine Addiereinrichtung 403 zum Addieren des Pilotsteuerverhältnisses
X·ε1 und
des Pilot(steuer)verhältnisses
X·ε2,
um das Pilot(steuer)verhältnis ε zu ermitteln.
-
Als
nächstes
wird der Steuerzustand der gesamten Betriebssteuer- bzw. -regelvorrichtung 100 beschrieben.
Zunächst
wird ein Dampfdruck PS von in die Dampfturbine 2 einströmendem Dampf
ermittelt. Unter Verwendung einer Umwandlungsfunktion Fx1 zum Umwandeln
des Dampfdrucks in eine Dampfturbinenausgangsleistung (MW) wird
eine Dampfturbinenausgangsleistung WS aus
dem Dampfdruck PS ermittelt. Ferner wird
unter Verwendung einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung 10 die
Dampfturbinen-leistung WS von einer Energiegeneratorausgangsleistung
W1 subtrahiert, um eine Gasturbinenausgangsleistung
WG zu erhalten.
-
Durch
Anlegen der Gasturbinenausgangsleistung WG an
die IGV-Öffnungsbefehls-Berechnungseinrichtung 200 wird
ein IGV-Öffnungsbefehl α (= X·α1 +
Y·α2)
erhalten.
-
Wenn
die Kupplung 5 eingerückt
ist, ist X = 1 und Y = 0, so daß α = α1.
Auf diese Weise ist es möglich,
den IGV-Öffnungsbefehl α (= α1)
des Optimalwerts aus der Gasturbinenausgangsleistung WG bei eingerückter Kupplung 5 zu
ermitteln. Wenn die Kupplung 5 ausgerückt ist, ist andererseits X
= 0 und Y = 1, so daß α = α2 ist.
Auf diese Weise ist es möglicht,
den IGV-Öffnungsbefehl α (= α2)
des Optimalwerts aus der Gasturbinenausgangsleistung WG bei ausgerückter Kupplung 5 zu
ermitteln.
-
Wenn
sich die ausgerückte
Kupplung 5 in einen eingerückten bzw. Eingriffszustand
verschiebt, verändert
sich X allmählich
von 0 → 1,
und Y allmählich
von 1 → 0.
Somit verschiebt sich der IGV-Öffnungsbefehl α (X·α1 +
Y·α2)
allmählich
von dem Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand zum Optimalwert im
Eingriffszustand. Wenn die eingerückte Kupplung 5 sich
zu einem ausgerückten
Zustand verschiebt, verändert
sich X allmählich
von 1 → 0
und Y allmählich
von 0 → 1.
Damit verschiebt sich der IGV-Öffnungsbefehl α (= X·α1 + Y·α2)
allmählich
von dem Optimalwert im Eingriffszustand zu dem Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand.
-
Folglich
kann die Öffnungssteuerung
der IGV 7, ob sich nun die Kupplung 5 in Eingriff
oder außer Eingriff
befindet, und außerdem
auch in einer Zeitspanne des Übergangs
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff,
durch den IGV-Öffnungsbefehl α (= X·α1 +
Y·α2)
zu einer optimalen Öffnungssteuerung
werden. Es wird besonders darauf hingewiesen, daß in einer Übergangsperiode vom Eingriff
zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff der IGV-Öffnungsbefehl α sich entsprechend
dem Zustand sanft oder kontinuierlich verändert. Somit kann eine sanfte
Schaltsteuerung ohne Auftreten von Verbrennungsschwankungen bzw. -schwingungen
ausgeführt
werden.
-
Durch
Anlegen der Gasturbinenausgangsleistung WG an
die Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls-Berechnungseinrichtung 300 wird
ein Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β (= X·β1 +
Y·β2)
erhalten.
-
Wenn
die Kupplung 5 eingerückt
ist, ist X = 1 und Y = 0, so daß β = β1.
Auf diese Weise ist es möglich,
den Optimalwert des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehls β (= β1)
aus der Gasturbinenausgangsleistung WG bei
eingerückter
Kupplung 5 zu ermitteln. Wenn die Kupplung 5 ausgerückt oder
außer
Eingriff ist, ist andererseits X = 0 und Y = 1, so daß β (= β2). Auf
diese Weise ist es möglich,
den Optimalwert des Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β (= β2)
aus der Gasturbinenausgangsleistung WG bei
ausgerückter
Kupplung 5 zu ermitteln.
-
Wenn
sich die ausgerückte
Kupplung 5 zu einem eingerückten bzw. Eingriffszustand
verschiebt, ändert
sich X allmählich
von 0 → 1
und Y allmählich von
1 → 0.
Damit verschiebt sich der Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β (= X·β1 +
Y·β2)
allmählich
vom Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand
zum Optimalwert im Eingriffszustand. Wenn sich die eingerückte Kupplung 5 zu
einem ausgerückten
Zustand hin verschiebt, verändert
sich X allmählich
von 1 → 0,
und Y allmählich
von 0 → 1.
Damit verschiebt sich der Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β (= X·β1 +
Y·β2)
allmählich
vom Optimalwert im Eingriffszustand zum Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand.
-
Folglich
kann die Öffnungssteuerung
des Brenner-Bypassventils
V3, ob sich nun die Kupplung 5 in
Eingriff oder außer
Eingriff befindet, und außerdem
auch in einer Übergangsperiode
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff
durch den Brenner-Bypassventil-Öffnungssteuerbefehl β (= X·β1 +
Y·β2)
zu einer optimalen Öffnungssteuerung
werden. Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß sich in einer Übergangsperiode vom
Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff
der Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β entsprechend
dem Zustand sanft bzw. kontinuierlich verändert. Somit kann eine sanfte
Schaltsteuerung ohne Auftreten von Verbrennungsschwankungen bzw.
-schwingungen ausgeführt
werden.
-
Übrigens
wird beim Einsatz einer Abweichungs-Berechnungseinrichtung 11 eine
Energiegeneratorausgangsleistung W1 von
einer Ziel-Energiegeneratorausgangsleistung
W0 subtrahiert, um eine Energiegenerator-Ausgangsleistungsabweichung W0–W1 zu erhalten. Diese Energiegenerator-Ausgangsleistungsabweichung
W0–W1 wird einer PI-Berechnung durch eine PI(proportional
integral)-Berechnungseinrichtung 12 unterzogen, und der
obere Grenzwert des Ergebnisses wird weiter durch eine Begrenzungseinrichtung 13 begrenzt,
um einen Brennstoff-Strömungsratenbefehl
CSO zu erhalten. Da der obere Grenzwert durch die Begrenzungseinrichtung 13 begrenzt
ist, kann die Gasturbine 1 vor einer übermäßigen Verbrennung geschützt werden.
-
Durch
Anlegen des Brennstoff-Strömungsratenbefehls
CSO an die Dilot(steuer)verhältnis-Berechnungseinrichtung 400 wird
ein Pilot(steuer)verhältnis ε (= X·ε1 +
Y·ε2)
erhalten.
-
Wenn
die Kupplung 5 eingerückt
ist, ist X = 1 und Y = 0, so daß ε = ε1.
Auf diese Weise ist es möglich,
das Pilot(steuer)verhältnis ε (= ε1)
des Optimalwerts aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl CSO bei eingerückter Kupplung 5 zu
ermitteln. Wenn die Kupplung 5 ausgerückt ist, ist andererseits X
= 0 und Y = 1, so daß ε = ε2.
Auf diese Weise ist es möglich,
das Pilot(steuer)verhältnis ε (= ε2)
des Optimalwerts aus dem Brennstoff-Strömungsratenbefehl CSO bei nicht
eingerückter
Kupplung 5 zu erhalten.
-
Wenn
sich die ausgerückte
Kupplung 5 zu einem Einrück- bzw. Eingriffszustand verschiebt, verändert sich
X allmählich
von 0 → 1,
und Y allmählich von
1 → 0.
Damit verschiebt sich das Pilot(steuer)verhältnis ε (= X·ε1 +
Y·ε2)
allmählich
vom Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand zum Optimalwert im Eingriffszustand.
Wenn sich die eingerückte
Kupplung 5 zu einem ausgerückten Zustand verschiebt, ändert sich X
allmählich
von 1 → 0
und Y allmählich
von 0 → 1. Damit
verschiebt sich das Pilot(steuer)verhältnis ε (= X·ε1 +
Y·ε2)
allmählich
vom Optimalwert im Eingriffszustand zum Optimalwert im Nicht-Eingriffszustand.
-
Folglich
kann, ob nun die Kupplung 5 nicht eingerückt oder
eingerückt
ist, und außerdem
auch in einer Übergangsperiode
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff,
eine optimale Öffnungssteuerung
erhalten werden, indem der Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl γ und der
Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventil-Öffnungsbefehl δ, basierend
auf dem Pilot(steuer)verhältnis ε (= X·ε1 +
Y·ε2)
erhalten wird und die Öffnungen
des Pilotbrennstoffströmungs-Steuerventils V2 und des Hauptbrennstoffströmungs-Steuerventils V1 gesteuert werden. Es ist besonders anzumerken,
daß sich
in einer Übergangszeit
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff
das Pilot(steuer)verhältnis ε sanft bzw.
kontinuierlich entsprechend dem Zustand ändert. Damit kann eine sanfte
Schaltsteuerung ohne Auftreten von Verbrennungsschwankungen bzw.
-schwingungen ausgeführt
werden.
-
Infolgedessen
können
das Pilot(steuer)verhältnis ε (entsprechend
die Brennstoffsteuerventil-Öffnungsbefehle γ, δ) und das
Brennstoff-Luft-Verhältnis
(IGV-Öffnungsbefehl α, Brenner-Bypassventil-Öffnungsbefehl β) der Gasturbine 1 Optimalwerte annehmen,
ob nun die Kupplung 5 ausgerückt oder eingerückt ist,
und außerdem
auch in einer Übergangsperiode
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff,
so daß die
Gasturbine 1 im Optimalzustand betrieben werden kann. Ferner
kann in einer Übergangsperiode
vom Eingriff zum Nicht-Eingriff oder vom Nicht-Eingriff zum Eingriff
der Schaltvorgang sanft ohne Entstehen von Verbrennungsschwankungen
bzw. -schwingungen der Gasturbine 1 ausgeführt werden.
-
Das
Steuersystem der vorliegenden Ausführungsform stellt die Funktionen
Fx21, Fx22, Fx31, Fx32, Fx41 und Fx42 zum Ermitteln des optimalen Pilot(steuer)verhältnisses
und des optimalen Brennstoff-Luft-Verhältnisses ein, während die
Gasturbine 1 allein betrieben wird, und stellt dann die
Funktionen Fx21, Fx22, Fx31, Fx32, Fx41 und Fx42 ein, um das optimale
Pilot(steuer)verhältnis
und das optimale Brennstoff-Luft-Verhältnis zu
ermitteln, während
die Kupplung 5 in Eingriff gehalten wird. Durch diese Prozedur
kann das optimale Pilot(steuer)verhältnis und das optimale Brennstoff-Luft-Verhältnis ausgegeben werden,
selbst wenn eine Diskrepanz zwischen der berechneten Dampfturbinenausgangsleistung
WS und der tatsächlichen Dampfturbinenausgangsleistung
besteht.
-
Im
folgenden wird ein Beispiel des konkreten Schaltungsaufbaus des
Zustandsignalerzeugers 110 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Zustandssignalerzeuger 110 aus
einer Rating-Übertragungsmaschine 111,
einem Signalerzeuger 112 zum Erzeugen eines Signals S1 eines Werts 1, einem Signalerzeuger 113 zum
Erzeugen eines Signals S0 eines Werts 0
und einer Abweichungs-Berechnungsmaschine 114 aufgebaut.
Die Rating-Übertragungsmaschine 111 gibt
ein Signal S aus, das durch Multiplizieren des Signals S1 und des Signals S0 mit
vorbestimmten Raten und durch Addieren der Produkte erhalten wird.
-
Wenn
der Eingriff der Kupplung erfasst wird, erhöht die Rating-Übertragungsmaschine 111 die Rate
des Signals S1 allmählich von 0 auf 1 und vermindert
die Rate des Signals S0 allmählich von
1 auf 0 über
eine vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit), beginnend mit der Erfassungszeit des Kupplungseingriffs,
um das Signal S zu ermitteln, und gibt das Signal S aus. Nach Verstreichen
der vorbestimmten Übergangsperiode
(Zeit) setzt die Rating-Übertragungsmaschine 111 die
Rate des Signals S1 auf 1 und die Rate des
Signals So auf 0 und gibt das Signal S aus.
-
Wenn
der Nicht-Eingriff der Kupplung erfasst wird, vermindert die Rating-Übertragungsmaschine 111 die
Rate des Signals S1 allmählich von 1 auf 0 und erhöht die Rate
des Signals S0 allmählich von 0 auf 1 über eine
vorbestimmte Übergangsperiode (Zeit),
beginnend mit der Zeit der Erfassung des Nicht-Eingriffs der Kupplung,
um das Signal S zu ermitteln, und gibt das Signal S aus. Nachdem
die vorbestimmte Übergangsperiode
(Zeit) verstrichen ist, setzt die Rating-Übertragungsmaschine 111 die
Rate des Signals S1 auf 0 und die Rate des Signals S0 auf 1,
und gibt das Signal S aus.
-
Die
Abweichungsberechnungsmaschine 114 subtrahiert das Signal
S vom Signal S1. Damit wird das Eingriffszustandssignal
X aus einem Ausgabeanschluß t1 ausgegeben, während das Nicht-Eingriffszustandssignal
Y aus einem Ausgabeanschluß t2 ausgegeben wird.